一种重塑地层压实度和填料块度的实时测试系统的制作方法

本发明属于地质与地基工程交叉领域，具体涉及一种重塑地层压实度和填料块度的实时测试系统。

背景技术：

在城市开发建设过程中，各类建筑物、构筑物的承载地层通常根据勘察结果需要进行不同程度的处理，包括强力固结、注浆充填等。对于地表起伏不平丘陵地区，沟壑纵横的山地地区，凹陷低洼的河道或者水塘，在建筑物构筑物施工前都需要进行规模的地层回填处理。这种通过人工回填重构形成的承载地层称为重塑地层。随着城市化的快速发展，越来越多城市建筑物、构筑物将会建设在山区丘陵地带，这也就意味着由人工回填形成的重塑地层施工逐渐增多。重塑地层施工工艺中的一个重要参数就是填料的块度分布，根据填料块度的分布情况，可为填筑施工工艺的选择提供依据，并能够及时调整填料回填过程中的摊铺厚度、压实度，保证重塑地层的施工质量，为上部建筑物、构筑物提供安全可靠的下部基础。

重塑地层施工工程浩大，回填范围广、面积大，需要大量的回填材料。根据调查，重塑地层的填筑体材料主要有三个来源：(1)土石混合体：在丘陵山地地区，天然土石混合体仍然是重塑地层主要材料，经过爆破、挖掘、破碎、运输及回填地质体的层序关系、块度已经完全改变，且夹杂着有机腐殖土。(2)建筑废料：每年产生大量的建筑废料经捣碎后大部分用作回填材料，包括砖、混凝土块、石膏板等，其废料成分、块度、粒径及力学与水理性质差异巨大。(3)工业废料：采矿及各种地下工程的开挖产生废石、燃煤锅炉产生废渣等经处理后也会作为填料回填到低洼区域。综上所述，重塑地层回填材料的成分、性质、组成、块度等各个方面差异巨大。因此，现场随时随地检测填料块度组成，及时调整施工工艺显得尤为重要。

现有技术中，岩土工程的管理体制通常是将各种技术机构和实验基地建立在项目部。目前，对于填料块度分布的检测是现场取样后，送到实验基地的实验室完成。试样经过风干、过筛、称重后计算不同块度的比重，得到填料的块度分布情况。压实度检测的传统方法是环刀法和灌砂法。环刀法是按照工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，送到实验室进行压实度检测。灌砂法是试验场地选取一块平坦表面，凿洞取出试样后采用酒精燃烧法测其含水量。最后将灌砂筒安放在凿好的试洞中，让砂流入试洞内。计算得到试洞内砂的质量并继续计算得到其压实度。

目前现有技术至少存在以下不足：现场填料需要经历取样、包装、送样、检测等多种工序，耗时长，且试样的状态在送检过程中极易发生改变，造成检测结果失真。更为重要的是，检测数量有限，对于成分组成、块度分布差异巨大的填料来说，检测结果不具有代表性，也无法实时掌握填料的块度分布状况，地层回填压实情况，以至于无法及时调整填筑工艺，造成施工质量不良。

在此情况下，非常有必要研发一种针对重塑地层构筑填料块度的施工实时测试系统，以便对不同重塑地层的填料进行现场检测，随时得到填料的块度分布及压实度，实时调整施工工艺，提高工程效率，缩短工程周期，减少施工质量问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种重塑地层压实度和填料块度的实时测试系统，可进行现场填料块度分布及压实度实时检测，适用于各种地表环境，简单易行，耗时短，能快速得到检测结果，及时调整施工工艺，提高工程效率。

本发明提供如下技术方案：

一种重塑地层压实度和填料块度的实时测试系统，包括带有数个卡槽的支架，在卡槽上搭放有滚轴，滚轴之上转动连接有筛网固定架，筛网固定架的一端固定设有销轴，销轴上转动连接有升降杆，该升降杆与所有的销轴同时连接，在各筛网固定架上分别放置不同孔径的筛网，每一层筛网固定架上的筛网孔径自上而下逐渐变小；在支架上还固定有转轮，该转轮通过连杆与升降杆的一端相连，其中，连杆与转轮以及升降杆均采用转动连接方式，以形成曲柄滑杆机构，使升降杆在转轮的带动下作上下运动；在筛网与筛网固定架之间设有力敏元件，该力敏元件通过一号数据线连接有数据处理装置，该数据处理装置包括数据输入系统、数据处理器和显示器。

进一步的，在所述数据处理装置上垂直固定有压实检测装置，该压实检测装置包括自上而下贯穿通过所述数据处理装置且与之固定连接的导管，在导管内设有能够自由上下移动的辐射金属杆，该辐射金属杆上端固定有手柄，手柄上设有锁定装置，所述导管侧壁开设有槽口，该槽口宽度与所述手柄匹配；辐射金属杆最下端装设有射线辐射源，在所述数据处理装置底部固定有射线接收器，该射线接收器与地面紧密接触，以减少辐射源发出射线的能量损失，并通过二号数据线连接至所述数据处理器。

进一步的，所述筛网的型号分别为：60mm、40mm、30mm、20mm、10mm、2mm、0.2mm、0.1mm，且每个筛网的网孔按照每一排孔以圆形、椭圆形、方形和菱形相间的方式进行布置，以适应更多的填料类型。

进一步的，所述实时测试系统还包括辅助工具，分别为一号填料铲、二号填料铲、测容器、导板和钻钎。

进一步的，所述支架为伸缩结构，使用结束后可进行收缩，便于携带和运输，在支架底端设有滚轮和伸缩脚，便于在高低起伏的地表上移动和固定。

本发明的有益效果是：

(1)可随时随地进行现场填料块度分布及压实度的检测，适用于各种地表环境，简单易行，耗时短，能快速得到块度分布检测结果，及时调整施工工艺，提高工程效率。

(2)该测试系统通过筛网的上下摆动进行筛分，避免强力振筛，保证了填料的原有状态，针对不同填料可调整连杆长度改变摆动幅度，更符合工程需要。

(3)该测试系统可收缩，方便携带、运输，安装操作简单；针对不同类型的填料可选择网孔大小不同的筛网组合使用，其中，孔径稍大的筛网每一排孔以圆形、椭圆形、方形和菱形相间布置，适用范围广。

附图说明

图1为本发明测试系统的整体结构示意图；

图2为本发明填料块度分布检测部分收起状态的结构示意图；

图3为本发明压实度检测部分结构示意图；

图4为本发明数据处理装置示意图；

图5为筛网及辅助工具示意图；

图1～3中：1-支架；2-转轮；3-连杆；4-筛网固定架；5-升降杆；6-力敏元件；7-销轴；8-卡槽；9-可抽出式筛网；10-伸缩脚；11-滚轮；12-一号数据线；13-滚轴；14-手柄；15-锁定杆；16-导管；17-辐射金属杆；18-显示器；19-数据输入系统；20-槽口；21-数据处理器；22-二号数据线；23-射线接收器；24-射线辐射源；25-地层。

图5中：a-60mm筛网；b-40mm筛网；c-30mm筛网；d-20mm筛网；e-10mm筛网；f-2mm筛网；g-0.2mm筛网；h-0.1mm筛网；i-填料铲1；j-填料铲2；k-测容器；l-导板；m-钻钎。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

如图1-2所示，一种重塑地层压实度和填料块度的实时测试系统，包括带有数个卡槽8的支架1，在卡槽8上搭放有滚轴13，滚轴13之上转动连接有筛网固定架4，筛网固定架4的一端固定设有销轴7，销轴7上转动连接有升降杆5，该升降杆5与所有的销轴7同时连接，在各筛网固定架4上分别放置不同孔径的筛网9，每一层筛网固定架上的筛网孔径自上而下逐渐变小；在支架1上还固定有转轮2，该转轮2通过连杆3与升降杆5的一端相连，其中，连杆3与转轮2以及升降杆5均采用转动连接方式，以形成曲柄滑杆机构，使升降杆5在转轮2的带动下作上下运动；

在筛网9与筛网固定架4之间设有力敏元件6，该力敏元件6通过一号数据线12连接有数据处理装置，该数据处理装置包括数据输入系统19、数据处理器21和显示器18，见图4。

所述支架1为伸缩结构，使用结束后可进行收缩，便于携带和运输，在支架1底端设有滚轮11和伸缩脚10，便于在高低起伏的地表上移动和固定。

如图3所示，在所述数据处理装置上垂直固定有压实检测装置，该压实检测装置包括自上而下贯穿通过所述数据处理装置且与之固定连接的导管16，在导管16内设有能够自由上下移动的辐射金属杆17，该辐射金属杆17上端固定有手柄14，手柄14上设有锁定装置15，所述导管16侧壁开设有槽口20，该槽口宽度与所述手柄匹配；辐射金属杆17最下端装设有射线辐射源24，在所述数据处理装置底部固定有射线接收器23，该射线接收器23与地面直接接触，减少辐射源发出射线的能量损失，若接收器与地面之间接触不良或者有其他金属物质相隔，则会影响接收射线的强度，并通过二号数据线22连接至所述数据处理器21，该处理器的数据结果实时显示在显示器上；在图3中，射线辐射源24与射线接收器23之间的粗虚线表示放射源的射线，标号25表示地层。

如图5所示，所述筛网的型号分别为：60mm、40mm、30mm、20mm、10mm、2mm、0.2mm、0.1mm(依次标记为a、b、c、d、e、f、g、h)，且每个筛网的网孔按照每一排孔以圆形、椭圆形、方形和菱形相间的方式进行布置，以适应更多的填料类型；所述实时测试系统还包括辅助工具，分别为一号填料铲、二号填料铲、测容器、导板和钻钎。

块度检测操作如下：

在工程现场，将本发明装置按照图1所示进行组装固定，根据需要选取不同孔径的筛网，按照孔径从大到小的顺序依次从上到下放在筛网固定架上；放入试样前，先将显示器的重量读数清零，用填料铲现场取样倒入最上层筛网内，在数据处理装置上设置筛分时间并按下开始按钮，转轮转动并通过连杆带动升降杆进行上下运动，升降杆带动筛网固定架围绕滚轴进行上下摆动，筛网内试样来回滚动进行筛分，针对不同填料类型，选取不同长度的连杆可改变筛网固定架的最大摆动幅度，加快检测速度；筛分结束后，记录各筛分层的重量；之后分别取出各筛分层部分试样，放在测容器中测量体积，根据每个筛网中取出试样的质量与该筛网中全部试样的质量差，再结合测量的体积，计算出每个筛网内试样的总体积；将各数据输入到数据处理装置中，计算出各筛网内试样的质量占比与体积占比，从而得到该填料的的块度分布情况；检测结束后，可将筛网固定架从卡槽上取下放置在底层，以减小装置体积，方便携带、运输。

通过所测得的块度分布并根据施工规范给出相应的标准压实度和适宜的摊铺厚度。

压实检测操作如下：

在待检测区域，选取平坦的地面放置导板，利用导板和钻钎进行垂直打孔，之后将带有放射源的金属杆顺着导管向下插入到所打孔内，在数据处理装置上设置检测参数并开始检测，金属辐射杆放射源的射线穿过地层最后被射线接收器检测到，进而通过数据处理器进行处理，即可计算出压实度并在显示器上显示。

压实度测量原理是：检测时，辐射金属杆插入到地面以下，其端部的射线辐射源发出γ射线进入到被测地层，如果被测地层压实度较低，大量的射线就会穿过地层并被仪器底部的射线接收器检测接收到，单位时间内收集的射线数量较大；反之，如果地层压实度较大，地层对射线起到辐射屏蔽作用，在单位时间内，射线接收器接收到的射线数量较小，然后，用数据线将射线接收器与数据处理器相连接，数据处理器可根据射线接收器接收到的射线数值，计算得到该地层的压实度，并显示在压实度显示器上。